Старая легенда гласит, что место для монастыря Санаин выбрал в IV веке сам Святой Григорий Просветитель, когда, уже став первым Католикосом всех армян, он объезжал вместе с царем Трдатом III страну и строил первые христианские храмы. Тем не менее, старейшие постройки Санаина появились только в X веке, в годы правления царя Аббаса из династии Багратуни: в 934 году здесь была воздвигнута церковь Сурб Аствацацаин, а в 957 году – Сурб Аменапркич. Между этими потрясающе красивыми храмами строители оставили довольно узкий проход, что в условиях постоянной сейсмической активности в этой части Армении могло привести к полному разрушению обоих зданий. Тогда находчивые монахи Санаина придумали построить между Сурб Аствацацин и Сурб Аменапркич еще одно помещение, которое создаст единую композицию с уже имеющимися церквями и повысит сейсмостойкость этих сооружений. Впоследствии это помещение превратилось в знаменитую санаинскую академию, широко известную под названием Академия Григора Магистроса Пахлавуни. Здесь преподавали выдающееся армянские ученые – Теодорос, Анания Санахнеци, Вардан Аревелци и многие другие.
Последним сооружением монастыря Санаин стала воздвигнутая в середине XIII века трехъярусная колокольня с шестигранной ротондой. Первый этаж служил монастырским складом, второй использовался в качестве молельни при монашеских бдениях, ну а самый светлый, третий этаж был отдан переписчикам рукописей.
Кстати, в именно в Санаине в 1968 Сергей Парджанов снимал свою кинопритчу «Цвет граната», рассказывающую о жизни легендарного армянского ашуга (мастер любовной лирики) Саят-Новы. В этом монастыре поэт получил свое начальное образование и прожил несколько лет, перед тем как отбыть на службу в качестве придворного певца к грузинскому царю Ираклию II.
С 1996 года монастырь Санаин включен в список Всемирного наследия ЮНЕСКО.